Promouvoir la précision des études de la production de quarkonia – PrecisOnium

La production des quarkonia est au centre de bien des aspects du Modèle Standard de la physique des particules. La découverte du J/psi, la première de ces particules composites faites d'un quark lourd (charmé ou beau) et d'un antiquark, constitua la preuve ultime de l’existence physique des quarks, et ce malgré leur confinement. Les quarkonia sont les analogues des positronia, états liées e+e-, et possèdent certaines de leur propriétés. Les quarkonia sont maintenant utilisés pour étudier le plasma de quarks et de gluons aux collisionneurs, ou pour sonder la dynamique des gluons dans les noyaux lourds ainsi dans les nucléons (non-)polarisés. Cela étant, leur production reste un puzzle pour la théorie entre les domaines à courtes et longues distances de l’interaction forte dont la propriété de confinement reste énigmatique. Ainsi, certaines études, pourtant les plus avancées, sont toujours faites à l'ordre dominant (LO) en la constante de couplage forte et aucun processus de production inclusive de quarkonium n'est actuellement connu à l'ordre sous-sous-dominant (NNLO), à savoir la précision habituelle en physique des particules de nos jours.

PrecisOnium a pour but de repousser la frontière en précision des études de production de quarkonia sur 3 fronts: 1) les longues distances auxquelles les quarks se lient, entre rendant systématique les comparaisons théorie-expérience avec un nouvel outil automatique au NLO permettant le fit global des paramètres non-perturbatifs de la théorie; 2) les courtes distances auxquelles les quarks sont créés, en étant pionniers des calculs NNLO; 3) la phénoménologie de la production de quarkonia, en enrichissant l'accès virtuel européen NLOAccess avec un outil dédié au NLO prenant en compte le spin de partons et nos codes développés au NNLO. La maintenance de NLOAccess est financée par l'EU et se veut un ensemble intégré de codes ouverts à tout chercheur intéressé.

Pour ce faire, nous proposons de former une équipe de recherche dynamique dédiée à PrecisOnium, rassemblant des expertises complémentaires telles que l'automatisation de calculs en physique des hautes énergies, en factorisation TMD, en calcul de boucles et en phénoménologie des quarkonia. Celle-ci impliquera 2 groupes français de l'IJCLab Orsay et LPTHE Paris ainsi que 3 groupes du CERN, d'UCLouvain et de Groningen U. Une telle équipe fera sans nul doute avancer la connaissance de notre domaine avec un impact positif, non seulement pour la communauté du LHC, mais aussi de BNL, FNAL, JLab, FAIR, KEK et des expériences sur cibles fixes au CERN ainsi que des projets tels que l'ILC, le FCC et l'EIC dont la planification avance à grands pas aux USA.